面向智能城市的電動汽車多維度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

吳 昶，馬玉婷，韓紫燁，艾文灝，熊 煒

（三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002）

0 引 言

在當(dāng)今國際環(huán)境下，能源動力與環(huán)境問題備受矚目，電動汽車的發(fā)展迎來了一個新的熱潮。在政府的大力支持下，國內(nèi)電動汽車研發(fā)起步雖較晚，但發(fā)展迅猛。與此同時，考慮到未來交通的發(fā)展，電動汽車領(lǐng)域仍然存在許多亟待解決的問題，如電池電量的查詢和充電的便利性、電動汽車的安全隱患以及如何提高電動汽車舒適性等問題。針對以上情況，本文提出了面向智能城市的電動汽車多維度監(jiān)測系統(tǒng)，分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)交通參與者與電動汽車的遠(yuǎn)程交互。系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)將交通所涉及的元素進(jìn)行智能化，改變了人們的生活方式，助力實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

整個系統(tǒng)由3部分組成，分別是放置于電動汽車內(nèi)部的單片機(jī)硬件監(jiān)測部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)、儲存、顯示及處理的服務(wù)器，手機(jī)APP部分。單片機(jī)硬件監(jiān)測部分采集電動汽車的地理位置（室外GPS+室內(nèi)定位）、電池電量、電池溫度、車內(nèi)溫度以及碰撞信息等，并通過GPRS通信模塊上傳至服務(wù)器生成直觀的曲線圖，再由服務(wù)器傳至手機(jī)APP端，方便用戶獲知電動汽車相關(guān)信息[1]。圖1為系統(tǒng)總體設(shè)計圖。

2 單片機(jī)硬件檢測部分設(shè)計

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖

單片機(jī)硬件監(jiān)測部分可采集電池電量和GPS信息。在電動汽車電池電量不多的時候，系統(tǒng)會通過手機(jī)APP提醒車主并可以為車主進(jìn)行充換電導(dǎo)航，引導(dǎo)車主前往最適合的充電站。單片機(jī)硬件監(jiān)測部分由單片機(jī)STM32F103、GPRS通信模塊、GPS定位模塊、WiFi模塊、霍爾電壓傳感器、溫度傳感器以及加速度傳感器組成[2]，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計圖

STM32F103具有2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和9個通信接口[3]。GPRS通信模塊用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)硬件監(jiān)測部分與服務(wù)器的通信連接，本系統(tǒng)使用SIM800。GPS定位模塊用于采集電動汽車的經(jīng)緯度信息。由于GPS定位模塊在室內(nèi)停車場可能出現(xiàn)信號不穩(wěn)定的狀況，這里改用WiFi模塊進(jìn)行室內(nèi)停車場的電動汽車定位。系統(tǒng)采用4個型號為ESP8266的WiFi模塊，1個位于單片機(jī)硬件監(jiān)測部分以STA站點(diǎn)模式工作，其余3個WiFi模塊分布在室內(nèi)停車場各處以AP熱點(diǎn)模式工作[4]。霍爾電壓傳感器用于采集電動汽車的電壓信息，系統(tǒng)采用的是CHV-25P/400霍爾電壓傳感器。溫度傳感器模塊用于采集電動汽車電池溫度和車內(nèi)溫度。系統(tǒng)采用的是LM35D集成溫度傳感器。加速度傳感器模塊用于采集電動汽車的加速度數(shù)據(jù)。當(dāng)加速度超過某一定值時，判定汽車發(fā)生碰撞。系統(tǒng)采用的是MMA7361L加速度傳感器。

3 服務(wù)器三層架構(gòu)

系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)部由界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層構(gòu)成[5-7]。服務(wù)器可對轉(zhuǎn)換后的信息進(jìn)行判斷，并發(fā)出指令進(jìn)行相應(yīng)動作。服務(wù)器主界面如圖3所示，電池電壓、室內(nèi)溫度、電池溫度、室內(nèi)定位坐標(biāo)以及加速度信息均可實(shí)時顯示。當(dāng)檢測到事故碰撞時，“接收到報警信息”下方變?yōu)椤笆恰保@示事故發(fā)生地點(diǎn)的經(jīng)緯度信息。

4 多維度監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)用性

在國家和各地方政府的積極引導(dǎo)和公眾對新能源汽車的持續(xù)關(guān)注下，電動汽車在國內(nèi)將迎來一個蓬勃的發(fā)展時期。本系統(tǒng)在電動汽車的基礎(chǔ)上加入在線監(jiān)測和報警模塊，通過GPRS實(shí)時將信息傳遞給用戶端，快捷便利，實(shí)用性強(qiáng)。具體實(shí)用場景如圖4所示。

5 結(jié) 論

本文針對目前電動汽車市場出現(xiàn)的主要問題，設(shè)計了具有室內(nèi)定位新方式、保障車主人身安全、充換電導(dǎo)航、遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)以及保障車輛安全等功能的多維度監(jiān)測系統(tǒng)。通過單片機(jī)硬件監(jiān)測部分實(shí)時采集電動汽車的地理位置、碰撞信息、電池電量、電池溫度以及車內(nèi)溫度等信息，在STM32F103嵌入式平臺進(jìn)行處理，通過GPRS通信模塊與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并與手機(jī)APP端通信，實(shí)現(xiàn)交通參與者與電動汽車的遠(yuǎn)程交互，可廣泛應(yīng)用于未來電動汽車領(lǐng)域。

我先生說，倘若是他，會選擇跟孩子討論：“非得聽媽媽的話嗎？在什么情況你會聽？而什么情況下不聽？”我很贊同。正如之前所說，世界是復(fù)雜的，而它的豐富也正孕育在這復(fù)雜性中。沒有哪個問題會有簡單的“標(biāo)準(zhǔn)答案”，每個人都可以根據(jù)自己的見解，提供自己的回答。所以我也希望能把每個故事都講成是一個開放式的結(jié)構(gòu)，讓各種可能性都得以存在。

圖3 服務(wù)器主界面圖

圖4 系統(tǒng)應(yīng)用圖